TY - THES

T1 - Analyse der Morphologie und des Schaltvorgangs von thermotropen Polymeren mittels Rasterkraftmikroskopie

AU - Weber, Andreas

N1 - gesperrt bis 04-05-2015

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - In thermotropen Systemen mit fixen Domänen (TSFD) sind sogenannte thermotrope Additive, welche als Streudomänen fungieren, statisch in einem UV-vernetzenden Matrixmaterial dispergiert. Diese Additive zeigen eine sprunghafte Änderung ihres Brechungsindex bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts (i.A. der Schmelztemperatur des Additivs), die eine reversible Änderung des Strahlungstransmissionsvermögens des TSFD von hochtransparent zu opak induziert. Mögliche Anwendungsgebiete für TSFD sind Überhitzungsschutzverglasungen für solar-thermische Kollektoren. Die Überhitzungsschutzeigenschaften der TSFD werden von ihrer Morphologie, d.h. von der Streudomänengröße und -verteilung bestimmt. Dementsprechend befasste sich die vorliegende Masterarbeit mit einer umfassenden Charakterisierung der Morphologie von TSFD auch unter Temperatureinwirkung mittels Rasterkraftmikroskopie (engl. Atomic Force Microscopy AFM). Spezielles Augenmerk wurde dabei auf die Untersuchung des Einflusses des Additivtyps auf die Ausbildung von Streudomänen gelegt. Über "Force/Distance" Spektrometrie wurden nanomechanische Eigenschaften der Proben abgeleitet. In mit niedermolekularem, kurzkettigen Additiv hergestellten TSFD wurden gleichmäßig verteilte sphärische Streudomänen mit Dimensionen im Bereich 0,6 bis 4 Mikrometer nachgewiesen, welche aus 25 bis 500 Nanometer großen Primärpartikeln aufgebaut waren. Die Steifigkeiten betrugen zwischen 0,45 und 0,85 N/m für die Streudomänen bzw. zwischen 6,17 und 9,52 N/m für die Matrix. Durch Aufheizen wurden Schmelzen und Zerfließen sowie Migration des Additivs ausgelöst. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur bildeten sich terrassenartige Additivdomänen an der Oberfläche. Zudem wurde über "Force/Distance" Spektrometrie ein großflächiger Additivfilm mit einer Dicke von 5 bis 10 Nanometer an der Oberfläche detektiert. Beim TSFD formuliert mit hochmolekularem thermotropen Additiv waren Streudomänen in Form verdrillter Scheiben ohne Vorzugsorientierung mit einem Durchmesser bis 50 Mikrometer und Dicken zwischen 200 und 600 Nanometer beobachtbar. Die Steifigkeiten betrugen zwischen 0,48 bis 1,61 N/m für die Streudomänen bzw. zwischen 7,13 bis 20,76 N/m für die Matrix. Beim Aufheizen wurde ein Aufblähen und Zerfließen des Additivs festgestellt, wobei nach Abkühlung auf Raumtemperatur eine teilweise Rückbildung des Schwellens zu beobachten war. Über "Force/Distance" Spektrometrie wurde ein relativ kleinflächiger Additivfilm an der Oberfläche mit einer Dicke zwischen 5 und 10 Nanometer nachgewiesen. Aufgrund der festgestellten Additivdomänengrößen weist die TSFD formuliert mit hochmolekularem thermotropen Additiv leicht besseres Streuverhalten auf.

AB - In thermotropen Systemen mit fixen Domänen (TSFD) sind sogenannte thermotrope Additive, welche als Streudomänen fungieren, statisch in einem UV-vernetzenden Matrixmaterial dispergiert. Diese Additive zeigen eine sprunghafte Änderung ihres Brechungsindex bei Erreichen eines Temperaturschwellwerts (i.A. der Schmelztemperatur des Additivs), die eine reversible Änderung des Strahlungstransmissionsvermögens des TSFD von hochtransparent zu opak induziert. Mögliche Anwendungsgebiete für TSFD sind Überhitzungsschutzverglasungen für solar-thermische Kollektoren. Die Überhitzungsschutzeigenschaften der TSFD werden von ihrer Morphologie, d.h. von der Streudomänengröße und -verteilung bestimmt. Dementsprechend befasste sich die vorliegende Masterarbeit mit einer umfassenden Charakterisierung der Morphologie von TSFD auch unter Temperatureinwirkung mittels Rasterkraftmikroskopie (engl. Atomic Force Microscopy AFM). Spezielles Augenmerk wurde dabei auf die Untersuchung des Einflusses des Additivtyps auf die Ausbildung von Streudomänen gelegt. Über "Force/Distance" Spektrometrie wurden nanomechanische Eigenschaften der Proben abgeleitet. In mit niedermolekularem, kurzkettigen Additiv hergestellten TSFD wurden gleichmäßig verteilte sphärische Streudomänen mit Dimensionen im Bereich 0,6 bis 4 Mikrometer nachgewiesen, welche aus 25 bis 500 Nanometer großen Primärpartikeln aufgebaut waren. Die Steifigkeiten betrugen zwischen 0,45 und 0,85 N/m für die Streudomänen bzw. zwischen 6,17 und 9,52 N/m für die Matrix. Durch Aufheizen wurden Schmelzen und Zerfließen sowie Migration des Additivs ausgelöst. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur bildeten sich terrassenartige Additivdomänen an der Oberfläche. Zudem wurde über "Force/Distance" Spektrometrie ein großflächiger Additivfilm mit einer Dicke von 5 bis 10 Nanometer an der Oberfläche detektiert. Beim TSFD formuliert mit hochmolekularem thermotropen Additiv waren Streudomänen in Form verdrillter Scheiben ohne Vorzugsorientierung mit einem Durchmesser bis 50 Mikrometer und Dicken zwischen 200 und 600 Nanometer beobachtbar. Die Steifigkeiten betrugen zwischen 0,48 bis 1,61 N/m für die Streudomänen bzw. zwischen 7,13 bis 20,76 N/m für die Matrix. Beim Aufheizen wurde ein Aufblähen und Zerfließen des Additivs festgestellt, wobei nach Abkühlung auf Raumtemperatur eine teilweise Rückbildung des Schwellens zu beobachten war. Über "Force/Distance" Spektrometrie wurde ein relativ kleinflächiger Additivfilm an der Oberfläche mit einer Dicke zwischen 5 und 10 Nanometer nachgewiesen. Aufgrund der festgestellten Additivdomänengrößen weist die TSFD formuliert mit hochmolekularem thermotropen Additiv leicht besseres Streuverhalten auf.

KW - thermotrope Verglasungen thermotrope Systeme mit fixierten Domänen Rasterkraftmikroskopie AFM Morphologie Force Distance Spektrometrie

KW - thermotropic glazing thermotropic systems with fixed domains atomic force microscopy AFM morphology force distance spectrometry

M3 - Masterarbeit

ER -